矿用无源多业务接入系统总体设计方案.doc

1 矿用无源多业务接入系统矿用无源多业务接入系统 总体设计方案总体设计方案 太原市艾恩机电技术有限公司太原市艾恩机电技术有限公司 20052005 年年 3 3 月月 2 目 录 第一章第一章 概述概述...................................................................................................................3 一.编写目的......................................................................................................................3 二.煤矿信息系统现状......................................................................................................3 三． 新一代矿用无源多业务接入系统概述.......................................................................4 四． 方案设计依据...............................................................................................................4 五． 方案设计原则...............................................................................................................5 第二章第二章 系统方案总体描述系统方案总体描述...............................................................................6 一． 总体方案组成...............................................................................................................6 二． 无源光纤综合布线系统（OFS）................................................................................6 三． 语音交换系统...............................................................................................................7 四． 无线通信系统...............................................................................................................9 五． 数据传输系统...............................................................................................................9 六． 图象监控系统...............................................................................................................9 七． 人员定位系统.............................................................................................................10 第三章第三章 网络总体规划网络总体规划.........................................................................................11 一.网络规模....................................................................................................................11 二.网络结构....................................................................................................................11 三.网络规划....................................................................................................................13 第四章第四章 产品介绍产品介绍.....................................................................................................14 1、多业务控制中心 MOC ..................................................................................................14 2、信息终端 MOT...............................................................................................................14 3、无源光分路器 MOP.......................................................................................................14 4、ECM................................................................................................................................14 5、无线基站 WPSC.............................................................................................................14 6、手机 WPS.......................................................................................................................14 7、定位基站 DW.................................................................................................................14 8、定位卡 DWK..................................................................................................................15 3 第一章第一章 概述概述 一一. 编写目的编写目的 本技术方案专为建设现代化的煤矿综合通信解决方案而编写，同时适用于 所有地下中、大型巷道通信工程。利用光纤、IP、无线、软交换等当今世界上 先进而成熟的技术，建设一个现代化的煤矿综合通信网络。 二二. 煤矿信息系统煤矿信息系统现状现状 随着光纤，无线，IP 等各类通信技术的广泛普及，企业对通信服务内容和 质量的要求日益增高。煤矿行业用户不但希望得到优质的服务，同时更强烈要 求一个安全、综合、方便维护、价格便宜、功能齐全的通信网络。 在现有的煤矿中，主要包括以下信息系统 1． 调度通信系统主要用于井下和地面的语音通信，使用专门的调度交换 机。井下使用大量的隔爆或本安电话机，容量小于 200 门；但有专门 的调度通信台； 2． 行政通信系统主要用于地面的语音通信；也有调度交换和行政交换合 一的产品； 3． 井下无线通信系统目前井下使用无线通信系统的矿井比较少，主要采 用漏泄通信，也有部分煤矿采用了小灵通技术来实现井下移动通信。 4． 环境监测系统实现对瓦斯、CO、风速等环境参数的监测，并能提供 实时报警功能； 5． 设备监控系统对机电设备、电力系统、管网等的监测监控； 6． 电视监控系统实现对工作现场的图像监控； 7． 人员监测系统目前主要使用的是无接触的读卡器技术，实现对下井人 员的定位考勤、以及井下车辆的调度管理。目前煤矿对定位系统的需 求日益强烈。 经过多年的建设，目前国有大中型煤矿在技术装备水平上都有了较大的提 高，建立起多套适合煤矿需求的信息系统。但由于各系统在设计施工时“各自 为政” ，通讯线路重复投资、重复建设，造成线路管理维护的工作量很大，而且 4 各系统的可靠性也不高。另外，由于各系统的信息不能互通，使信息资源无法 得到有效利用。 三．三． 新一代矿用无源多业务接入系统概述新一代矿用无源多业务接入系统概述 针对目前煤矿信息系统的现状及未来的发展需求，充分考虑到现网中存在 的问题，结合当代通信领域多种先进技术，我们推出了新一代全新概念的矿用 无源多业务接入系统（MOMAN） 。本系统与煤矿现有的各类信息系统相比，具 有以下特点 1、单一系统就能够提供多种业务包括有线电话、无线电话、有线数据 传输、无线数据传输、高速图象传输、人员定位等，可以满足煤矿现在和将来 的通信需求，大大节省了设备购买成本以及维护成本，提高了企业的管理效率。 2、系统同时还提供了丰富的电气接口，使得井下各类信息设施可灵活方 便地接入，如固定电话、以太网接口、工业现场总线、图像接口等，使煤矿原 有的各类系统都可以方便地接入统一的传输平台，充分利用现有资源，保护用 户投资。 3、MOMAN 解决方案不仅能够满足企业多业务接入的需求，而且使企业 用户能够享受无源线路系统 100的电气安全，环型网络 100％冗余全业务容灾 保护，移动通信的高效与便捷。 四．四． 方案设计依据方案设计依据 煤矿安全规程 煤矿设计规范 智能调度室装备规范 爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求 爆炸性环境用防爆电气设备通用要求GB 3836.1-2000 爆炸性环境用防爆电气设备GB3836.2-2000 矿用一般型电气设备GB 12173 一 90 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求MT 209－90 工业电视系统工程设计规范GBJ 1 15 一 87 5 电力系统通信运行管理规程SD22 了一 87 企业供配电系统节能监测方法GB/T 16664 一 1996 通用用电设备配电设计规范GBSOO55 一 93 矿山电力设计规范GB50O7O 一 94 职业安全健康管理体系指导意见和职业安全健康管理体系审核规范 五．五． 方案设计原则方案设计原则 1、系统安全性、系统安全性 利用光纤线路的无源特性和无源光功率分配器的灵活性，发挥光纤带宽的 无限性、保密性和抗干扰性，建设一个满足煤矿未来通信带宽需求而且具有 100％线路安全的传输平台，取代目前煤矿井下所有的通信线路设施。一个统一 的大平台，100％的电气安全。 2、传输无源性、传输无源性 系统的传输部分采用无源光纤综合布线系统，地面至井下的通讯主干线全 部采用光纤和无源器件来完成，从根本上避免了线路故障可能带来的安全生产 隐患。 3、业务安全性、业务安全性 在本方案这个大平台下，井下信息点可灵活随意设置，网络易于规划，易 于变更。同时所有信息点与地面光纤汇聚点形成一个闭环，提供环保护倒换功 能，使网络具有抗线路毁坏特征，从而保证大平台上所有业务的安全性。 4、技术先进性、技术先进性 引入光纤线路高速大容量，无线语音数据，IP 软交换，高速图象监控，移 动定位等多种先进技术，建设一个具有现代化综合通信能力的煤矿通信系统。 5、设备可靠性、设备可靠性 井下设备均为低功耗本安型功能模块设计，设备技术成熟，可靠性极高。 6、投资经济性、投资经济性 本系统满足煤矿现在和将来的全部通信需求，一套系统取代目前所有存在 的各类单一系统，综合成本大大降低，也极大地降低了运营维护成本。具有极 高地投资经济性。 6 7 第二章第二章 系统方案总体描述系统方案总体描述 一．一． 总体方案组成总体方案组成 MOMAN 为本公司专门为煤矿行业用户研制的综合信息通信网络。该网络 采用光纤、无线、IP 等技术综合设计而成，共包括无源光纤综合布线系统、语 音交换系统、无线通信系统、数据传输系统、图象监控系统、人员定位系统六 大部分，以无源光纤综合布线系统为核心，形成一个完整的煤矿综合信息管理 平台。 二．二． 无源光纤综合布线系统（无源光纤综合布线系统（OFS）） 无源光纤综合布线系统（OFS）由多业务控制中心（MOC） 、井下/地面信息 终端（KMOT/MOT）和无源光分路器（MOP）组成，系统采用单纤波分复用技术 （下行 1490nm，上行 1310nm） ，单系统仅需一根主干光纤，传输距离可达 40 公 里。MOC 在主干光纤上提供 1000M 传输容量，主干光纤进入井下巷道，沿途按 需求挂接 MOT，MOT 提供 1000M 光口与主干光纤相连，提供多种业务接口供井下 终端设备使用FXS 口接固定防爆话机，RS485/232 接瓦斯等检测设备，100M 电口接图象监控设备，100M 电口接无线基站设备。一个 MOC 1000M 光口通过无 无源光纤综合布线系统 系统 语 音 交 换 系 统 综合网络管理 无 线 通 信 系 统 数 据 传 输 系 统 人 员 定 位 系 统 图 像 监 控 系 统 8 源光功率分配器最多可挂接 64 个 MOT 单元，MOT 之间距离在 10 公里内可任意 选择，最远 MOT 距离 MOC 不超过 25 公里。一个 MOC 光口与 1～64 个 MOT 单元构 成一套光纤布线系统OFS。一个 MOT 可提供 4 个 1000M 光接口，分别与 4 个 MOC 光口线路相连，即两套 OFS 系统将构建一个环形布线系统，对 MOT 接入的 全业务提供 100的冗余保护。OFS 系统采用 1～4 芯光纤，提供井下多个信息点 高速大容量的业务接入，大大降低了线路成本；MOT 提供语音、数据、图象等 全业务接口，简化了网络结构，并可随意灵活接入主干线路。 由于 OFS 是一个多业务的综合接入平台，因此系统在设计时充分考虑了安 全性，系统采用加密技术，同时每个 MOT 都有独立的 ID 作为唯一标识，作为收 发数据包的地址，保证其他 MOT 无法盗用数据；其次，在 MOT 上的用户端口物 理上进行隔离，使各端口都在不同的广播域上。 系统对各 MOT 的带宽可以动态分布，根据为每个 MOT 设定的加权优先级灵 活分配。 一个 MOC 设备可提供 4 个 1000M 光口，可分别构建 4 套链形 OFS 系统，或 2 套环形 OFS 系统。 一个 MOT 单元包含几个功能模块2 个 1000M 光接口模块（可选装） ，1 个 FXS 接口模块（可选装） ，1 个 100M 图象与无线基站接口模块，1 个 RS485/232 接口模块，1 个 12V 电源供电模块，1 个 MOT 监控功能模块。 三．三． 语音交换系统语音交换系统 语音交换系统的核心设备为 ECM，ECM 是基于 IP 的语音交换系统 IPPBX， 采用 IP 软交换技术，可实现数据、语音、移动业务的无缝融合，支持复杂网络 环境下的多点平滑组网，支持移动用户的漫游，同时支持上行到 NGN 的接入方 MOCMOT 9 式。 主要特点 语音数据合一 有线无线合一 安全与应用相结合 支持多点平滑组网和自由漫游 低成本、高灵活度 支持一号双机和一机双号 多点平滑组网和漫游能力 – ECM 可以在多点之间自组网，建立基于 IPSEC 的 VPN；ECM 内置宽带媒体流网关功能，可以支持多重 FW 穿透；采用 HLR/VLR 分布式数据库，所有数据集中配置；终端漫游时采用基于 HLR/VLR 的注册和更 新机制，IP 用户、移动终端用户均可在各个节点间自由移动；所有节点的交换 机采用统一编号计划，节点间呼叫可直拨分机号完成，用户感觉不出地理上的 差异； 强大的无线接入能力 – ECM 可灵活接入 IP 基站，无线覆盖的功率和扇区 可调整；移动终端可自由在同一企业的多个分部自动漫游；支持移动定位功能， 利用小基站确认终端位置； 强大的多业务接入能力 – 提供单点最大支持 2000 用户的接入容量，整个 系统最大支持 64 个单点组网；支持 FX0、PRI 接入传统电路交换网络；支持 SIP/H323 与分组交换网络的互通，支持与 AG、TG 等网关的分布式组网；支持 接入 POTS 用户和 MGCP/SIP/H323 等分组用户，提供完善的补充业务； 完备的综合业务能力 –提供 IVR（电脑话务员） 、话务台、语音邮箱等 增值业务运用；支持大容量会议、呼叫中心等业务 10 有效的语音质量保障 –提供完善的话音质量保障，支持 802.1p/Q ，具有 良好的 QoS 功能，能够对不同业务的数据流提供不同的优先级，保证了对 QoS 敏感的话音和视频服务的可靠传输。 适应多种运营环境 - 造型小巧，可用于各种企业场合，支持 WEB 方式网元 管理、简单网管；支持 TFTP 远程在线升级。 四．四． 无线通信系统无线通信系统 无线通信系统由语音交换系统（ECM） ，无线基站（WPSC）和手机（PS）组 成。ECM 完成有线和无线用户的语音通信交换功能，详见上文。 无线基站通过 100M 接口与 MOT 相连，射频功率为 10～100mW 可调，传输距 离为 300～500m，如配以定向天线，传输距离可达 1000m。 基站无线传输速率 为 10Mb/s，单个基站最大同时接入的无线手机终端为 100 个。基站体积小，功 耗低，安装方便。 一个 MOT 可接 2 个 WPSC，覆盖长约 500～1000m 巷道，网络设计中合理放 置 MOT 和 WPSC 的位置，实现全巷道无线信号的无缝覆盖。 无线基站还可完成 2 次无线接力功能，将无线信号从一个中继点传递到下一个 中继点，并形成新的覆盖区域，从而构成多个无线中继点接力的网络模式，达 到延伸无线信号传输范围的目的。 手机可在无线信号覆盖区实现移动通信，并实现基站间的漫游。 五．五． 数据传输系统数据传输系统 数据传输系统由各类煤矿监测监控系统常用的标准接口转换设备组成，包 括 RS485/232、以太网、工业现场总线等，与煤矿原有系统连接，提供透明的 传输通道，可以在不对原系统进行改造的基础上，将煤矿各个系统综合到一个 WPSCWPS 11 统一的平台上。 六．六． 图象监控系统图象监控系统 图象监控系统由摄像头、后台服务器、显示器组成。摄像头通过 100M 接 口与 MOT 相连。 七．七． 人员定位系统人员定位系统 人员定位系统由定位卡、定位基站、后台数据处理设备组成。定位基站可 以通过 RS485/232 接口与 MOT 相连，也可以使用无线数据传输模块与无线基 站连接。 定位基站由无线收发信机、控制 MCU 和通讯接口模块组成。为了方便用 户安装使用，降低总成本，我们采用了 nW 技术的现代低功耗技术，使得在定 位基站中可以采用电池供电来实现长时间连续工作。我们为用户配备了两种电 池组高容量的和普通低成本的，高容量电池组可以连续工作 1 年以上，普通 的可以工作 5 个月以上。用户在安装定位基站时，可以不用现场布线，只需要 定期更换电池即可。 定位卡由一个无线发信机和 MCU 组成。采用突发跳时扩频工作模式，瞬 时通讯速率为 1Mbps。由于采用了跳时制扩频通讯机制，在一个定位基站的有 效作用范围内可以同时容纳 64 个甚至更多的定位卡，在 5 秒的停留时间内保证 100％的识读率，漏读率为 0。本系统实现了长距离读卡（10～100 米可调） ，读 卡实现了高可靠的 100％识读率，不存在多卡互相干扰的问题。定位卡尽管采 用了有源发射技术，但更换一次纽扣式锂电池就可以保证连续使用 2 年以上， 基本达到了无源卡的使用要求。 第三章第三章 网络总体规划网络总体规划 一一. 网络规模网络规模 大型煤矿井下按 60 个 MOT、200 个 WPSC 基站设计，配备 800 个手机、 500 部固定电话，80 个摄像头，500 个定位基站、10000 个定位卡。 中小型煤矿井下按个 30 个 MOT、100 个 WPSC 基站设计，配备 200 个 手机、250 个固定电话，40 个摄像头，300 个定位基站、2000 个定位卡。 MOT 为双光口，光纤线路按环型拓扑结构设计。 网络设计依据 1、业务要求  井下、部分地面工作人员移动语音通信；  井下数据、图象监控；  人员定位； 2、用户话务量 相对单个信息点 100M 带宽，话务量可忽略不计。 3、呼损的设定 相对单个信息点 100M 带宽，呼损可忽略不计。 二二. 网络结构网络结构 本设计方案为模型化设计，井下光纤接入设备 MOT 间距为 2 公里，每个 MOT 接 3 个带定向天线的 WPSC 基站，覆盖 2 公里巷道。8 个 MOT，24 个 WPSC 共覆盖 16 公里地下巷道。为实现全业务的冗余保护，光纤线路设计成环 型拓扑结构。见下图， 13 PSTN ECM 调度/行政 交换机 光分配器 NMS 摄像机 WPSC 手 机 WPSC 基站固定电话 KMOT MOC 图像监控数据监控 人员定位 地面地面 井下井下 传感器 监控分站 定位基站 定位基站 无需布线 系统网络结构图系统网络结构图 PHS 基站 控制器 PHS 基站 PHS 手机 14 三三. 网络规划网络规划 1 1、、无线频率规划无线频率规划 WPSC 基站在 2G 频段使用 3 个频谱互不重叠的载频，3 个载频在相邻基 站中交替采用，完成巷道 10Mb/s 无线带宽的的无缝覆盖。 2 2、、无线基站提供的话务无线基站提供的话务 因基站带宽为 10Mb/s，每个无线语音信道为 16Kb/s，实际通信中可以说 没有呼损，单个基站可接入多达 100 个无线用户，可支持所有用户同时在线的 大话务量通信。 3 3、、数据图象监控数据图象监控 每个 MOT 处均可提供数据、图象接口。 4 4、、人员定位人员定位 每个 MOT 处均可提供定位数据采集接口。 15 第四章第四章 产品介绍产品介绍 1、多业务控制中心、多业务控制中心 MOC MOC 是无源光纤综合布线系统的局端设备，是一个多业务提供平台，同 时支持数据业务、语音业务和图像。向上提供 1 个 GE 口和可选的 E1 口，实 现 IP 业务和 TDM 业务的汇聚。向下提供 4 个 1G 的光接口，下联 MOT 设备， 统一构建 MOMAN 网络。 2、信息终端、信息终端 MOT MOT 为用户端设备， 分为 KMOT 和 MOT 两中类型，其中 KMOT 可放 置在煤矿井下。MOT 向上连向一个光接口，向下为用户提供数据接口、语音接 口和图像视频接口，实现各类系统平台的接入。 3、无源光分路器、无源光分路器 MOP MOP 为无源器件，无需外接电源，可以置于全天候的环境中。一般一个 MOP 的分线率为 2、4、8 或 16，并可以多级连接。 4、、ECM ECM 是基于 IP 的通信网关，其核心在于数据、语音、移动业务的无缝融合， 支持复杂网络环境下的多点平滑组网，支持不同制式下的漫游和切换。ECM 在 PSTN 侧支持 PRI/V5/SS7 接口，IP 侧支持 H.323/MGCP/H.248/SIP 协议，可灵活 地与不同系统对接。 5、无线基站、无线基站 WPSC WPSC 实现无线信号的覆盖，其覆盖范围可达 200～500 米。在单个基站的 覆盖范围内，可同时接入的无线手机终端为 100 个 6、手机、手机 WPS 本系统使用的手机为本质安全型，外形小巧、重量轻，连续通话时间达 6 小时，待机时间可以长达 80 小时。 7、定位基站、定位基站 DW 定位基站使用电池供电，可以采用有线和无线两种方式组网。采用无线方 式组网时，可以不用布线，安装和维护都非常方便。定位基站同时最大可读卡 16 数量大于 64 张，读卡距离为 10～100 米可调。 8、定位卡、定位卡 DWK 定位卡的最大身份识别数量约为 40 亿组，更换一次纽扣式锂电池可以连 续使用 2 年。由于采用了有源发射技术，使得定位卡装在身体任何位置都不会 影响卡片的正常使用。